搞清楚鏡頭的衍射現象,為銳度獲取最佳權衡

瘋攝     2019年05月22日

風景攝影師往往偏愛使用小光圈,因為這會獲得非常大的景深。

然而,光圈較小也會帶來一些問題,比如鏡頭將出現衍射現象。發生這種情況的原因是基於物理中光學的一個特性,簡而言之,隨著光圈變得越來越小,光波會越來越多地擴散並彼此干擾。這會導致照片的細節變得模糊。

然而,這種解釋過於簡單,且對於初學攝影的人來說仍然會感到非常困惑。究竟是什麼導致衍射?衍射在什麼時候開始模糊你的照片?你能做些什麼來阻止衍射?所有這些問題的答案將在下文進行詳細解釋。

什麼是衍射現象?

衍射完全與光學物理有關。光波可以相互干擾。當光線通過一個小的開口時,如鏡頭。這種現象尤其明顯。

為了使這個概念更加形象化,想像一下將一顆鵝卵石扔進池塘所產生的漣漪。這些波呈同心圓展開,如上圖所示。

如果有一道屏障擋住這些波,它們的運動就會停止。然而,如果屏障上有一個小開孔,水就可以通過它,那麼會產生什麼樣的圖案呢?

形成的圖案來自於波浪在拐角處的彎曲。這些波互相撞擊,相互抵消,這就是所謂的破壞性干涉。在一些區域,波疊加在一起,產生了建設性的干擾。我們會看到,額外的圖案在側面形成了。

這些圖案是由屏障上的孔徑大小決定的。一個小孔徑會導致更大的擴散,上面的插圖應該表明它具有的邏輯意義。基本上,較大的孔徑允許波通過而沒有太多干擾。由於沒有受到特別的干擾,它們沿著相對直的路徑朝向水池邊緣。

當您了解了這個邏輯,基本上也就明白了光的衍射概念。

什麼是攝影衍射?

衍射在物理學中很重要,在攝影中也同樣重要,但是它如何影響你的拍攝呢?

當我們討論屏障上的小孔和大孔時,我們可以很容易地把它們聯繫成鏡頭光圈的大小,它們的原理是一樣的。

當光線進入鏡頭並附著在傳感器上時,它看起來就像上面這個艾里斑,這是衍射圖樣的外觀。

中央區域是最亮的,對你的照片有最大的影響。我們可以很容易地看出為什麼艾里斑會使我們的圖像失去清晰度,因為一個小光圈使光波散開。也正如我們之前所說的較小的孔徑,艾里斑變得大得多。

現在,想想你的照片中的任何場景都是由成千上萬個這樣的小光源組成的。每一束光都通過小光圈照射到傳感器上。

實際情況是,這些艾里斑開始重疊,導致圖像更加模糊。

相機像素的高低對衍射影響

通過查看上面的例子,也引出了一個問題,如果傳感器上的像素更大,衍射會不會有所緩解。

事實上,這是完全正確的。具有相同傳感器尺寸的相機在相同的光圈下,由於像素的密度不同,所產生的衍射也不同。

於是我們找來了較早的佳能1100D 1200萬像素的APS-C畫幅相機,我們發現它的衍射現像出現在f/11處。當使用同為APS-C畫幅具有2400萬像素的佳能80D時,我可以在f/8處發現衍射。為了找出衍射對相機的影響,你需要親自測試它。

但是您要知道的是,高解析度傳感器總是比同等尺寸的低解析度傳感器捕獲更多的細節,即使是較小的光圈。

為了獲得最好的銳度,你需要注意光圈小於f/8所帶來的影響。對於您的相機,您需要測試衍射的邊界。

不同的傳感器尺寸對衍射的影響

我們需要回答另一個問題。殘幅相機比全畫幅有更多的衍射嗎?

我們所知道的是,在任何特定的光圈下,艾里斑的物理大小總是相同的。這與傳感器的大小無關,因為它只取決於使用的​​光圈。

如果我使用相同的鏡頭在全畫幅或殘幅,艾里斑的大小在同光圈下仍是相同的。但問題的實質是艾里斑在殘畫幅相機比全畫幅相機中所佔的比例更大。

不出所料,額外的衍射量與裁切係數相同。如果您的殘畫幅傳感器裁切係數是1.5倍,相同倍數的光圈等效於全畫幅的衍射。

例如,殘畫幅傳感器上f/11的衍射效果,相當於全畫幅傳感器上的f/16。

鏡頭衍射和景深的關係

鏡頭的衍射降低了照片在小光圈處的清晰度。同時,使用較小的光圈可以增加景深。

正如你所看到的,f/22圖像有更多的場景處於焦點。如果你想讓被攝體清晰,那麼你就需要一個較小的光圈。

然而,這就是它變得棘手的地方。放大後,我們可以看到f/5.6圖像明顯更清晰。

但是這並不意味著你應該在f/5.6拍攝每一個場景。有時候你想要更大的景深,銳度的輕微降低是值得的,因為你可以看到更多的場景。

找到最銳利的光圈

你的鏡頭的每一個光圈都有衍射,但是在大光圈下,比如f/2.8,艾里斑比傳感器或照片中的像素小得多,這意味著衍射不會在大光圈上被發現。

這並不意味著在任何鏡頭上,大光圈都是最銳利的。

例如,我的85mm f/1.4鏡頭,光圈在f/4的時候中心是最銳利的,下面你可以看到測試圖表。

為什麼峰值是f/4而不是f/1.4呢?

在較大的光圈中,更多的光通過鏡頭的邊緣。由於鏡頭只有中心是最正確的區域,大光圈下導致鏡頭的邊緣降低了整個圖像的清晰度。

更小的光圈實際上阻擋了通過鏡頭邊緣的光線,提高了圖像的清晰度。

這種效果,與鏡頭衍射造成的銳度下降相平衡,這就是f/4比最大光圈f/1.4具有更高銳度的原因。

其實根據拍攝對象的不同,你可能更喜歡銳利的邊緣,而不是盡可能銳利的中心。

如何才能避免衍射

現在你已經了解了鏡頭的衍射,是時候知道如何避免它了,簡單的回答就是無法避免。

各種衍射,都是物理的結果,不管你做什麼,你的圖像都會被剝奪其銳度。

唯一的方法就是使用較大的光圈。如果你需要最清晰的照片,不要直接去使用f/22,先嘗試f/5.6到f/8。

嘗試通過後處理來提升銳度也是可以的。但是它不會消除衍射效果,這僅僅是改善圖像的方法。

我們通常使用卷積工具來校正衍射,這是目前最佳的方法,這也是NASA用來增加哈勃望遠鏡拍攝圖像清晰度的方法。

注意事項:

波長較大的光比波長較短的光更易衍射。

在相同光圈下,紅光比藍光的艾里斑更大。

相機傳感器上的像素不能探測到相同波長的光,綠色敏感像素的數量是紅色或藍色敏感像素的兩倍。

在我們的例子中,艾里斑是實際情況的簡化版本。我們把它們畫成完美的圓圈,而大多數鏡頭光圈有不同數量的葉片,所以這不是完美的圓圈。

結語

衍射看起來像是一個不尋常的話題。然而,它的效果在你的照片中是清晰而重要的,在你拍照時它們非常值得考慮。特別是對於景觀和建築攝影師或任何想要拍攝大景深的銳利照片的人,重要的是要理解以小光圈拍攝的權衡。

您的所有照片都會出現衍射,如果您不小心,它可能會從您喜歡的圖像中消除一些銳度。

關注粉絲團「瘋攝」,給你最棒的攝影知識

怎麼拍攝漂亮的流雲

瘋攝     2020年05月29日